張俊杰

(蘇晉塔山發(fā)電有限公司，山西 大同 037000)

超臨界直流鍋爐機(jī)組在協(xié)調(diào)控制狀態(tài)下，在自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)模式快速變負(fù)荷時(shí)，控制邏輯參數(shù)及鍋爐蓄熱能力的問題容易引起主蒸汽超溫超壓，影響機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，故此需要對(duì)分散控制系統(tǒng)(DCS)的協(xié)調(diào)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化。

某發(fā)電廠鍋爐為哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)，四角切圓燃燒、固態(tài)排渣、緊身封閉、全鋼構(gòu)架的∏型直流鍋爐(含煙氣脫硝裝置)。汽輪機(jī)則為哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的660 MW超臨界參數(shù)、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的660 MW水氫氫冷卻汽輪發(fā)電機(jī)，采用靜態(tài)勵(lì)磁。DCS系統(tǒng)采用OVATION控制系統(tǒng)，單元機(jī)組帶基本負(fù)荷，并具有一定的調(diào)峰能力，其調(diào)峰范圍為40%～100%機(jī)組額定出力。

1 DCS系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行情況概述

DCS系統(tǒng)可在冷態(tài)、溫態(tài)、熱態(tài)、極熱態(tài)等各種條件下按要求啟動(dòng)和升負(fù)荷，并有“快速減負(fù)荷”的能力，能適應(yīng)限制負(fù)荷工況，適應(yīng)定壓運(yùn)行、滑壓運(yùn)行及定-滑-定等多種運(yùn)行模式。除燃燒調(diào)節(jié)為在最低穩(wěn)燃負(fù)荷(30% BMCR)以上投入自動(dòng)外，其他自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)按全程調(diào)節(jié)或程序自動(dòng)投入調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。保護(hù)聯(lián)鎖邏輯能使主輔機(jī)在各種運(yùn)行工況和狀態(tài)下，自動(dòng)完成各種事故處理。

2臺(tái)機(jī)組的控制系統(tǒng)由DCS和公用系統(tǒng)構(gòu)成。其中DCS是整個(gè)系統(tǒng)的核心，單元機(jī)組DCS在功能上包括以下4個(gè)子系統(tǒng)：模擬量控制系統(tǒng)(MCS)、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)(FSSS)、順序控制系統(tǒng)(SCS)〔包括電氣控制系統(tǒng)(ECS)〕、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)。少油點(diǎn)火、旁路控制、煙氣脫硝吸收部分(SCR)控制納入機(jī)組DCS。

2 針對(duì)AGC狀態(tài)主蒸汽超壓進(jìn)行邏輯優(yōu)化

該機(jī)組自投產(chǎn)以來，因在汽輪機(jī)順序閥模式下汽輪機(jī)2#瓦溫度高而無法切換至順序閥模式，長(zhǎng)時(shí)間在單閥模式下運(yùn)行。單閥模式下機(jī)組投入?yún)^(qū)域控制偏差(ACE)模式后主蒸汽頻繁超溫、超壓，給運(yùn)行人員操作帶來了不少的困擾。在對(duì)汽輪機(jī)主蒸汽進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥序進(jìn)行優(yōu)化后，機(jī)組雖然能夠切換至順序閥運(yùn)行，但協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中很多邏輯和參數(shù)設(shè)置的問題導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行仍存在壓力波動(dòng)。與設(shè)備部、發(fā)電部的專工討論后，筆者主要針對(duì)鍋爐主控、汽機(jī)主控在協(xié)調(diào)狀態(tài)順序模式下對(duì)由參數(shù)不合適導(dǎo)致的擾動(dòng)等問題進(jìn)行處理、優(yōu)化。

2.1 主蒸汽壓力波動(dòng)

2.1.1 問題提出

機(jī)組投入AGC模式后，在升負(fù)荷時(shí)，前期欠壓較為嚴(yán)重，負(fù)荷升到位時(shí)又出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。在降負(fù)荷時(shí)，前期超壓較為嚴(yán)重，后期又存在欠壓現(xiàn)象。尤其是在機(jī)組從50%往100%帶負(fù)荷的過程中，有多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)，經(jīng)常出現(xiàn)前期欠壓導(dǎo)致汽機(jī)調(diào)門總指令達(dá)到上限，負(fù)荷帶不起來，運(yùn)行人員不得不干預(yù)的情況。后期又因?yàn)閴毫^高導(dǎo)致超壓嚴(yán)重，在高負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行時(shí)，很可能危及機(jī)組安全。

2.1.2 問題分析

經(jīng)過調(diào)取歷史曲線，查看協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)邏輯，與運(yùn)行人員溝通后分析，壓力波動(dòng)的問題可能由以下幾個(gè)方面導(dǎo)致：在升、降負(fù)荷前期，由AGC指令發(fā)出的負(fù)荷變化信號(hào)作用于汽機(jī)主控，接收到信號(hào)后汽機(jī)主控隨開、關(guān)汽輪機(jī)調(diào)門響應(yīng)負(fù)荷變化[1]，為保證負(fù)荷變化的精度，此時(shí)汽機(jī)主控的強(qiáng)參數(shù)會(huì)使得汽輪機(jī)調(diào)門開、關(guān)動(dòng)作迅速，加之直流爐蓄熱較少，燃煤煤質(zhì)較設(shè)計(jì)煤種發(fā)熱量低，鍋爐燃燒存在滯后性，在升負(fù)荷初期調(diào)門會(huì)迅速開大，釋放鍋爐蓄熱，但加入的煤還未發(fā)揮作用，所以此時(shí)的主汽壓力會(huì)有一個(gè)較大的降幅。同樣，在降負(fù)荷初期，汽輪機(jī)調(diào)門迅速關(guān)小，煤量還未完全減出，主汽壓力會(huì)出現(xiàn)超壓現(xiàn)象。在升、降負(fù)荷后期，由于之前協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中預(yù)加減煤的邏輯量太大，而且在鍋爐主控和燃料主控做了2套預(yù)加減的邏輯，有重疊，所以升負(fù)荷期間加入了過多的煤量，當(dāng)負(fù)荷升到位后，汽機(jī)主控不再開大汽輪機(jī)調(diào)門，而過多的煤量在后期完全燃燒致使主汽壓力升高，主汽壓力升高后汽輪機(jī)又不得不關(guān)小調(diào)門以維持負(fù)荷穩(wěn)定，關(guān)小調(diào)門又會(huì)將本來較高的主汽壓力變得更高。

協(xié)調(diào)模式下，升降負(fù)荷時(shí)，鍋爐主控預(yù)加煤前饋量太大，作用時(shí)間太長(zhǎng)，導(dǎo)致煤量超加，后期易造成主汽壓力超壓現(xiàn)象的發(fā)生[2]。負(fù)荷微分的前饋?zhàn)饔糜阱仩t主控和燃料主控有重疊，雙重作用導(dǎo)致煤量超調(diào)過大，后期影響尤為明顯。負(fù)荷對(duì)應(yīng)的煤量基本函數(shù)原有設(shè)置不合理，每個(gè)負(fù)荷區(qū)間對(duì)應(yīng)加的煤量差異性較大，而同一煤種在固定負(fù)荷跨度區(qū)間內(nèi)的基準(zhǔn)量應(yīng)基本保持一致。鍋爐主控PID調(diào)節(jié)器參數(shù)不合適，穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)下的動(dòng)作較強(qiáng)，容易過調(diào)，造成主汽壓力來回?cái)[動(dòng)，難以穩(wěn)定。

汽機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器的強(qiáng)參數(shù)致使汽輪機(jī)調(diào)門動(dòng)作過快，對(duì)主汽壓力的影響較為直接，但同時(shí)汽機(jī)主控又會(huì)影響機(jī)組投入ACE時(shí)的Kp值，所以應(yīng)在權(quán)衡ACE投入的前提下適當(dāng)弱化汽機(jī)主控參數(shù)[3]，減小對(duì)主汽壓力的影響。負(fù)荷變化時(shí)，送風(fēng)控制系統(tǒng)動(dòng)作較為遲緩，可對(duì)送風(fēng)PID調(diào)節(jié)器參數(shù)及負(fù)荷變化時(shí)的前饋?zhàn)饔眠M(jìn)行優(yōu)化，可根據(jù)負(fù)荷變化量預(yù)加一定的風(fēng)量加劇燃燒以解決升負(fù)荷初期鍋爐蓄熱不足導(dǎo)致壓力下降較快的問題。

負(fù)荷變化時(shí)，一次風(fēng)控制系統(tǒng)基本不動(dòng)作，負(fù)荷變化時(shí)可適當(dāng)對(duì)一次風(fēng)加入前饋?zhàn)饔?，增?qiáng)帶粉能力，加快鍋爐燃燒以彌補(bǔ)升負(fù)荷初期的欠壓現(xiàn)象[4]。

因給水控制系統(tǒng)對(duì)于直流爐的壓力影響較為迅速，所以當(dāng)燃燒響應(yīng)較為滯后時(shí)，可適當(dāng)加入反應(yīng)靈敏的給水，小幅修正壓力偏差。

機(jī)組在高負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行時(shí)，如若發(fā)生超壓現(xiàn)象，應(yīng)短暫開大汽輪機(jī)調(diào)門，通過增加負(fù)荷的方式來降低主汽壓力，以優(yōu)先保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。在特殊工況下，需增加壓力拉回邏輯，以保安全優(yōu)先。

特殊工況下運(yùn)行人員缺乏人為干預(yù)煤量的手段，需加入燃料主控偏置，使運(yùn)行人員能在特殊工況下對(duì)機(jī)組燃料量進(jìn)行人為干預(yù)，以確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.3 問題解決

協(xié)調(diào)模式下，升降負(fù)荷時(shí)，鍋爐主控預(yù)加煤前饋量太大，會(huì)導(dǎo)致壓力頻繁波動(dòng)。現(xiàn)將鍋爐主控負(fù)荷前饋?zhàn)兓繙p小。對(duì)鍋爐主控負(fù)荷變化的微分量F(x)函數(shù)進(jìn)行修改，將系數(shù)改小(見表1)。

表1 鍋爐主控負(fù)荷變化的微分量F(x)函數(shù)

負(fù)荷微分的前饋?zhàn)饔糜阱仩t主控和燃料主控有重疊，導(dǎo)致煤量預(yù)加較多，現(xiàn)將負(fù)荷微分作用于燃料主控部分的預(yù)加量刪除。

根據(jù)現(xiàn)有運(yùn)行曲線，重新整定負(fù)荷對(duì)應(yīng)的煤量關(guān)系函數(shù)，使之滿足加減負(fù)荷時(shí)的需要。

重新整定鍋爐主控PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，動(dòng)態(tài)下負(fù)荷變化的煤量主要由負(fù)荷對(duì)應(yīng)煤量函數(shù)及負(fù)荷變化的微分前饋來調(diào)節(jié)，減小鍋爐主控PID調(diào)節(jié)器對(duì)煤量的干預(yù)作用。穩(wěn)態(tài)下出現(xiàn)的壓力偏差由壓力偏差的微分和給水來進(jìn)行細(xì)微修正，防止鍋爐主控PID來回?cái)[動(dòng)導(dǎo)致的主汽壓力波動(dòng)。

重新整定汽機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，負(fù)荷變化時(shí)汽機(jī)主控的強(qiáng)參數(shù)對(duì)ACE指標(biāo)來說無疑是好事，但是過強(qiáng)的參數(shù)同時(shí)也影響了機(jī)組本身的穩(wěn)定性，在權(quán)衡ACE投入的前提下，適當(dāng)弱化汽機(jī)主控參數(shù)，對(duì)于壓力的穩(wěn)定也有一定的幫助。

增加壓力拉回邏輯。當(dāng)主汽壓力≥26 MPa時(shí)，增加20 MW負(fù)荷；當(dāng)主汽壓力≥28 MPa時(shí)，增加30 MW負(fù)荷，為高負(fù)荷區(qū)間運(yùn)行時(shí)的機(jī)組安全做后備保障。

2.2 ACE投入率過低、雙細(xì)則考核的相關(guān)問題

存在問題及原因分析：原有邏輯在單閥模式下運(yùn)行時(shí)，因協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)之間參數(shù)設(shè)置不合適，配合較差，在帶負(fù)荷期間多次出現(xiàn)欠壓，導(dǎo)致汽機(jī)主控達(dá)到上限[5]，整個(gè)機(jī)組失去快速升負(fù)荷能力，運(yùn)行人員不得不人為限制負(fù)荷上限，干預(yù)AGC調(diào)節(jié)過程，最終導(dǎo)致被電網(wǎng)考核。

雙細(xì)則考核要求機(jī)組必須具備較高的調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度及較短響應(yīng)時(shí)間，對(duì)汽機(jī)主控調(diào)節(jié)速度、精度要求較高，汽輪機(jī)調(diào)門的快速動(dòng)作勢(shì)必對(duì)主汽壓力造成不穩(wěn)定影響，因此對(duì)主汽壓力響應(yīng)的要求也相對(duì)較高。燃煤煤質(zhì)熱值較低、鍋爐燃燒存在滯后性，加之協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間匹配性較差等多重因素，造成機(jī)組壓力響應(yīng)不及時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)門快速全開，喪失了快速帶負(fù)荷能力。

解決方案：通過主蒸汽壓力波動(dòng)整定，從多方面入手設(shè)置各個(gè)子系統(tǒng)的PID調(diào)節(jié)器參數(shù)，采用加入前饋等方式去解決壓力不穩(wěn)的問題。

2.3 高壓調(diào)門高負(fù)荷時(shí)擺動(dòng)大

存在問題：機(jī)組高調(diào)門在高負(fù)荷時(shí)擺動(dòng)較大，影響EH油系統(tǒng)管路的安全。

問題分析：根據(jù)高調(diào)門流量特性函數(shù)的設(shè)置，習(xí)慣將閥門預(yù)開啟，并在閥門快開完的流量特性較差區(qū)間快速度過，所以此處的閥門總指令對(duì)應(yīng)的閥門開度函數(shù)較為陡峭[5]。調(diào)取歷史曲線后可發(fā)現(xiàn)機(jī)組的單閥模式在帶負(fù)荷過程中，經(jīng)常出現(xiàn)欠壓導(dǎo)致的閥門總指令達(dá)到上限，在閥門總指令大于98.5%以后，對(duì)應(yīng)的閥門開度函數(shù)十分陡峭，如果此時(shí)壓力不穩(wěn)，閥門總指令在98.5%附近徘徊，極易造成閥門快開快關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致EH油系統(tǒng)管路振動(dòng)，危及油管路安全。

優(yōu)化整定過程：對(duì)汽輪機(jī)閥序進(jìn)行優(yōu)化后，機(jī)組已切換至順序閥模式運(yùn)行，將主汽壓力波動(dòng)問題優(yōu)化，并且將閥門總指令上限限制在98%，這樣能保證高調(diào)門閥門不會(huì)再出現(xiàn)類似的擺動(dòng)問題。

2.4 高壓加熱器水位振蕩

修改高壓加熱器正常疏水閥PID調(diào)節(jié)器比例參數(shù)，減小比例作用后，原有振蕩現(xiàn)象消失。

2.5 BTU回路設(shè)計(jì)及優(yōu)化

重新搭建BTU校正回路邏輯框架，原有邏輯作廢。

3 優(yōu)化后機(jī)組運(yùn)行情況

從表2可以看出，優(yōu)化后變負(fù)荷壓力最大偏差在0.77 MPa，高負(fù)荷在穩(wěn)定工況下壓力偏差在0.2 MPa，相較優(yōu)化之前的變負(fù)荷工況壓力最大壓力偏差達(dá)到3 MPa，穩(wěn)態(tài)下壓力偏差超過1 MPa的情況已經(jīng)有了很大的改善。

表2 400～600 MW升負(fù)荷主蒸汽壓力測(cè)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)

表2 (續(xù))

4 總結(jié)及建議

該機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，在投運(yùn)AGC模式下，調(diào)節(jié)品質(zhì)相較之前有了極大改善，機(jī)組壓力波動(dòng)范圍較之前也大幅縮小。對(duì)于主汽壓力波動(dòng)部分的修改，經(jīng)過了較為漫長(zhǎng)的觀察、試驗(yàn)、再修改的過程，其間也經(jīng)歷了由單閥模式切至順序閥模式，最終機(jī)組在順序閥模式下投入AGC運(yùn)行，并通過考核投入ACE模式運(yùn)行。目前機(jī)組負(fù)荷響應(yīng)快、變負(fù)荷期間機(jī)組主要參數(shù)控制穩(wěn)定，可長(zhǎng)期連續(xù)投入AGC運(yùn)行，滿足電網(wǎng)要求。機(jī)組調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間也均能達(dá)到電網(wǎng)考核要求。

關(guān)于機(jī)組空冷風(fēng)機(jī)自動(dòng)問題的建議：在夏季，因環(huán)境溫度較高，所有空冷風(fēng)機(jī)變頻已全部達(dá)到最大出力，空冷自動(dòng)已解除，機(jī)組背壓較正常值高出很多，在夏季風(fēng)較強(qiáng)時(shí)，可能出現(xiàn)熱風(fēng)回流等因素造成的空冷換熱能力瞬時(shí)下降、背壓升高，影響機(jī)組發(fā)電效率，并可能對(duì)主汽壓力的平穩(wěn)產(chǎn)生一定的外部擾動(dòng)。經(jīng)過了解，機(jī)組配備有噴淋降溫裝置但未投運(yùn)，建議在機(jī)組背壓較高、風(fēng)機(jī)即將達(dá)到最大出力時(shí)，投入噴淋裝置降溫；在空冷風(fēng)機(jī)有調(diào)節(jié)裕量時(shí)，投入空冷風(fēng)機(jī)自動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)定背壓的目的。